基于TMS320F2812变频电源的交流采样系统设计

　　0 引 言

　　在三相变频电源设计中，需要采样交流电压及负载电流，用以实现双闭环控制和保护，因此交流电压、电流采集系统的设计直接关系到变频电源的性能。三相变频电源以TMS320F2812(简称F2812)为控制芯片，该芯片内置16通道的12位ADC。采用F2812内置ADC进行交流采样时，避免了复杂的硬件设计，并降低了成本。电源要求输出线电压为380 V，输出功率为3 kW。要采集该交流电压、电流信号并送到DSP芯片，必须设计隔离电路，用以防止高电压、强电流串入控制系统，烧坏低压器件。HCNR200是一款用于模拟信号隔离的专用高精度线性光耦。本文详细介绍了利用F2812的内置ADC，并结合HCNR200进行交流电压、电流的采样。

　　1 TMS320F2812内置ADC简介

　　TMS320F2812芯片系TI公司于2003年底推出的32位定点DSP，是一款高性能、满足电机实时性控制要求的控制器，工作频率最高可达150 MHz，其内置了16通道，12位ADC，含两路采样保持器，一个转换单元，可实现双通道同步采样，最小转换时间为80 ns。内置ADC的外设内部结构如图1所示。

　　模拟量由16个通道输入，被分为A，B两组，ADCINA0～7为A组，ADCINBO～7为B组，每组都有一个完全独立的多路选择器和采样保持器，共用一个12位ADC。整个转换时序和转换过程都由ADC时序控制自动机完成，不需要DSP中央处理单元的干预。编程时只需要配置寄存器，设定合适的值，自动机就会按照设定的顺序和模式自动地实现多通道ADC，并将其结果写入到16 Word的转换结果寄存器中。结果寄存器为双缓冲结构，这就保证对于结果寄存器、自动机的写操作和中央处理单元的读操作不会产生时序冲突，大大提高了DSP的并行运行能力。输入管脚ADCSOC是ADC的外部触发输入，用于要求严格同步触发采样的场合。ADC的时序基准频率由处理器的主频分频提供，可以通过改动相关配置寄存器的值来设定分频系数，从而改变ADC的转换速率。

　　TMS320F2812的ADC有4种工作模式：触发顺序模式、触发同步模式、周期顺序模式和周期同步模式。

　　通道的模拟电压容许输入范围在0～3 V之间。对于交流采样系统，必须为前级的运放电路提供电平偏置和保护。

　　2 HCNR200简介及其工作原理

　　HCNR200光电耦合器的内部结构如图2所示。其中，LED为发光二极管;PD1，PD2是两个相邻匹配的光敏二极管。光敏二极管的PN结在反向偏置状态下运行，它的反向电流与光照强度成正比，这种封装结构决定了每个光敏二极管都能从LED得到近似相等的光强，从而消除了LED的非线性和偏差特性所带来的误差。当电流If流过LED时，LED发出的光被耦合到PD1和PD2，在器件输出端产生与光强成正比的输出电流IPDI和IPD2。PD1用来调节If，以补偿LED的非线性和漂移特性;IPD2与PD1发出的伺服光通量成线性比例。其中。If，IPD1和IPD2满足以下关系：